防塌孔反循环取样钻头 |
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| 申请号 | CN201410785650.1 | 申请日 | 2014-12-17 | 公开(公告)号 | CN104453721A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司; | 发明人 | 文光才; 焦先军; 隆清明; 陈建; 张睿; 李明强; 王艺树; 吕贵春; 李建功; 张宪尚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种防塌孔反循环取样 钻头 ，包括内部设有空腔的钻头体及设置在钻头体内的中空环形喷射器；所述钻头体一端由内至外分别设有内层、中层及外层切削刀头，所述内层切削刀头处设有取样口，所述中层及外层切削刀头间设有用于 排渣 的间隙槽，所述环形喷射器固定设置在钻头体的空腔内并与钻头体内壁间形成环形内腔，所述取样口与中空环形喷射器相连通；所述钻头体上对应设有喷射孔，所述喷射孔与环形内腔相连通；该钻头操作过程简单，可在松软突出 煤 层中快速、准确的进行取样，不仅节省了取样时间、还提高了取样深度及煤矿取样工作效率和安全性，降低了瓦斯灾害事故的发生率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种防塌孔反循环取样钻头，其特征在于：包括内部设有空腔的钻头体及设置在钻头体内的中空环形喷射器；所述钻头体一端由内至外分别设有内层、中层及外层切削刀头，所述内层切削刀头处设有取样口，所述中层及外层切削刀头间设有用于排渣的间隙槽，所述环形喷射器固定设置在钻头体的空腔内并与钻头体内壁间形成环形内腔，所述取样口与中空环形喷射器相连通；所述钻头体上对应设有喷射孔，所述喷射孔与环形内腔相连通。 |
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| 说明书全文 | 防塌孔反循环取样钻头技术领域[0001] 本发明属于钻头领域，具体涉及一种防塌孔反循环取样钻头。 背景技术[0002] 目前煤矿瓦斯灾害治理以区域防治为主、局部措施为补充，区域瓦斯参数的快速测定技术成为急需解决的问题，因而深孔取样是需要解决的首要问题。现有深层瓦斯的取样方式主要有：岩心管取样、螺旋钻进孔口接煤粉、压风引射取样等，这些取样方法在取样过程中其取样时间普遍在30分钟左右，而且取样深度在30米左右。其主要原因在于钻头，使用这种普通钻头存在取样速度慢和取样深度浅，造成实际取样工作中取样时间长和不能定点取样的问题，严重阻碍了煤层开采的生产效力，制约着生产力的发展。 发明内容[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可节省取样时间、增加取样深度、提高煤矿取样工作效率和安全性的防塌孔反循环取样钻头。 [0004] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防塌孔反循环取样钻头，包括内部设有空腔的钻头体及设置在钻头体内的中空环形喷射器；所述钻头体一端由内至外分别设有内层、中层及外层切削刀头，所述内层切削刀头处设有取样口，所述中层及外层切削刀头间设有用于排渣的间隙槽，所述环形喷射器固定设置在钻头体的空腔内并与钻头体内壁间形成环形内腔，所述取样口与中空环形喷射器相连通；所述钻头体上对应设有喷射孔，所述喷射孔与环形内腔相连通。 [0005] 进一步，所述环形喷射器包括相互连接的第一管体与第二管体，所述第一管体一端设有进料口，另一端设有回风喷射孔；所述第二管体一端设有回风腔，另一端设有出料口，所述第一管体的进料口与所述取样口相通，所述回风腔与回风喷射孔相通。 [0006] 进一步，所述内层、中层及外层切削刀头依次由低向高设置，形成内凹型的切削侧壁。 [0007] 进一步，所述外层切削刀头为4～6个，中层切削刀头为3～4个，内层切削刀头为2～3个，各层切削刀头均匀布置。 [0009] 本发明的有益效果在于： [0010] 1.本发明的防塌孔反循环取样钻头通过设置喷射孔，利用压缩空气使煤屑压入取样口，达到快速、准确的进行取样，可显著节省取样时间、提高取样深度、提高煤矿取样工作效率和安全性，降低瓦斯灾害事故； [0011] 2.本发明的防塌孔反循环取样钻头通过设置环形喷射器，取样过程中产生抽吸效果，可以提高取样速度； [0012] 3.本发明的防塌孔反循环取样钻头通过设置三层高度依次降低的切削刀头，使外层切削刀头能够对钻孔底部孔壁有支撑作用，防止孔壁突然塌陷大量煤屑堵塞钻头前端取样口，外层切削刀头内圈凹槽为切削下的煤屑提供固定的容纳空间，在中层和内层切削刀头的共同作用下，将煤屑继续破坏为粒径均一、符合取样粒径要求、易于气力输送的合格样品钻屑，能够保证取样过程中稳定、持续、粒径均一的钻屑供应量； [0014] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明： [0015] 图1为本发明的结构示意图； [0016] 图2为环形喷射器的结构示意图。 具体实施方式[0017] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。 [0018] 如图所示，本实施例中的防塌孔反循环取样钻头，包括内部设有空腔的钻头体1及设置在钻头体1内的中空环形喷射器2；所述钻头体1一端由内至外分别设有内层3、中层4及外层切削刀头5，所述内层切削刀头3处设有取样口6，所述中层4及外层切削刀头5间设有用于排渣的间隙槽7，所述环形喷射器2固定设置在钻头体1的空腔内并与钻头体 1内壁间形成环形内腔8，所述取样口6与中空环形喷射器2相连通；所述钻头体1上对应设有喷射孔9，所述喷射孔9与环形内腔8相连通。 [0019] 在本实施例中，喷射孔9为3个或4个，均布设置在钻头体1上，有利于从喷射孔9喷出的压缩空气均匀作用于取样口6。钻头体1通过外层切削刀头5对钻孔底部孔壁进行支撑，可防止取样过程中孔壁突然塌陷造成大量煤屑堆积在钻头体1前端部位从而堵塞取样口6，为取样过程提供稳定、持续、粒径均一的钻屑量；进而通过喷射孔9喷射出的压缩空气使煤屑压入取样通道。该结构可达到快速、准确、安全取样的目的，能够节省取样时间、提高了取样深度及煤矿取样工作效率和安全性，显著降低了瓦斯灾害事故。 [0020] 具体的，本实施例中的防塌孔反循环取样钻头与双壁钻杆和钻机等设备配合使用。正常钻进时，钻机带动钻头前进，内层3、中层4及外层切削刀头5共同破碎煤岩；其中外层切削刀头5将孔底钻屑集中在钻头体1端部中心处，由中层切削刀头4和内层切削刀头3继续破碎，被破碎的钻屑通过中层4及外层切削刀头5间的间隙槽7排出钻头体1；同时，喷射孔9和取样口6喷射压缩空气进行钻进排渣和切削刀头的冷却，利于进一步钻孔的顺利进行。 [0021] 取样时，喷射孔9喷射出压缩空气，此时，取样口6不喷射压缩空气而改为抽气状态，从喷射孔9喷出的压缩空气通过间隙槽7进入取样口6实现气流的反循环；此时，在内层3、中层4及外层切削刀头5的破碎力作用下产生的煤屑在喷射孔9所喷出的压缩空气的压送作用及取样口6的抽吸作用下被送入取样口6内，实现煤层的取样过程。 [0022] 本实施例中的环形喷射器2固定设置在钻头体1的空腔内，同时，环形喷射器2外壁与钻头体1内壁间形成了环形内腔8，通过喷射孔9和环形喷射器2的组合可以实现双壁钻杆内气流及固气比的控制，实现煤层的快速取样。与现有的岩心管取样、螺旋钻进孔口接煤粉、常规压风引射等取样过程相比，该结构简单、取样过程快速方便，能够有效防止孔底煤体突然塌陷造成取样口6堵塞。 [0023] 本实施例中的环形喷射器2包括相互连接的第一管体21与第二管体22，所述第一管体21一端设有进料口23，另一端设有回风喷射孔24；所述第二管体22一端设有回风腔25，另一端设有出料口26，所述第一管体21的进料口23与所述取样口6相通，所述回风腔 25与回风喷射孔24相通。 [0024] 具体的，本实施例中的进料口23与回风腔25均为喇叭形的管口，有利于环形喷射器2在取样时可以产生较好抽吸效果，提高取样速度；在取料时，一部分压缩空气经环形内腔8后由喷射孔9喷出，另一部分经回风喷射孔24进入喇叭形的回风腔25，在喷射孔9的反循环作用及回风腔25作用下，环形喷射器2的进料口23处产生抽吸效果，从而使煤粉通过出料口26进入双壁钻杆内管，并输送至孔口，实现快速取样，本实施例可以通过环形喷射器2的回风喷射孔24调节合理的固气比，实施过程简单，便于控制。 [0025] 作为上述方案的进一步改进，所述内层3、中层4及外层切削刀头5依次由低向高设置，形成内凹型的切削侧壁。钻进过程中外层切削刀头5将孔底钻屑集中在钻头体1端部的凹槽处，有利于中层切削刀头4和内层切削刀头3对钻屑的继续破碎。 [0026] 作为上述方案的进一步改进，所述外层切削刀头5为4～6个，中层切削刀头4为3～4个，内层切削刀头3为2～3个，各层切削刀头均匀布置，具体数量可根据钻头体1的尺寸规格设置。 [0027] 作为上述方案的进一步改进，所述喷射孔9的中心轴线与钻头体1钻进方向间的夹角为5°～60°，且与外层切削刀头5的切削面间夹角为30°～80°。在该角度范围内设置的喷射孔9喷射的压缩空气可达到最优的反循环效果。 [0028] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 |
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